1 前言

顆粒強(qiáng)度是評(píng)價(jià)陶瓷材料物理機(jī)械性能的重要指標(biāo)之一。陶瓷球是以氧化鋁、氮化硅、氧化鋯等陶瓷材料經(jīng)成型、燒結(jié)等工藝制成的球形顆粒，廣泛應(yīng)用于軸承滾動(dòng)體、研磨介質(zhì)、催化劑載體、化工填料、精密鑄造等領(lǐng)域。在運(yùn)輸、儲(chǔ)存及使用過(guò)程中，陶瓷球顆粒承受著不同程度的機(jī)械作用力。若陶瓷球顆粒強(qiáng)度不足，在使用過(guò)程中容易破碎，不僅造成材料損耗，還可能污染產(chǎn)品或損壞設(shè)備。因此，顆粒強(qiáng)度是陶瓷球產(chǎn)品質(zhì)量控制的關(guān)鍵參數(shù)之一。

陶瓷球?yàn)橛操|(zhì)球形脆性顆粒，受壓達(dá)到臨界壓力后直接破碎，適配儀器脆性顆粒-球形顆粒檢測(cè)模式。

本方案基于HM-KD顆粒強(qiáng)度測(cè)定儀構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化檢測(cè)體系，依據(jù)GB/T 44750-2024通用顆粒強(qiáng)度檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合陶瓷球的脆性顆粒特性，詳細(xì)規(guī)定了樣品選取、測(cè)定步驟及結(jié)果計(jì)算方法，確保檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠，滿足產(chǎn)品質(zhì)量控制與合規(guī)性評(píng)價(jià)需求。本方法適用于各類(lèi)成品陶瓷球（氧化鋁球、氮化硅球、氧化鋯球等）、陶瓷生坯球及陶瓷研磨球的顆粒強(qiáng)度檢測(cè)，滿足陶瓷材料生產(chǎn)企業(yè)質(zhì)量控制、軸承行業(yè)來(lái)料檢驗(yàn)、研磨介質(zhì)生產(chǎn)企業(yè)工藝控制及科研機(jī)構(gòu)材料研究等應(yīng)用場(chǎng)景。

2 儀器與試劑

2.1 儀器

HM-KD顆粒強(qiáng)度測(cè)定儀（全型號(hào)通用，根據(jù)陶瓷球強(qiáng)度范圍選擇合適量程型號(hào)）；游標(biāo)卡尺或電子數(shù)顯卡尺；標(biāo)準(zhǔn)分樣篩（根據(jù)陶瓷球粒徑規(guī)格配備）；鑷子等。

圖1：HM-KD顆粒強(qiáng)度測(cè)定儀外觀圖

2.2 樣品與輔助用品

陶瓷球顆粒；無(wú)水乙醇（分析純）；無(wú)塵軟毛刷。

3 實(shí)驗(yàn)方法

3.1 樣品準(zhǔn)備

樣品預(yù)處理：成品陶瓷球測(cè)試前用無(wú)水乙醇擦拭表面，自然晾干備用；陶瓷生胚球測(cè)試前根據(jù)工藝要求進(jìn)行必要的干燥處理。生坯球強(qiáng)度遠(yuǎn)低于成品球，應(yīng)選用較小量程的顆粒強(qiáng)度測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)試。

取樣：按照GB/T 41948《顆粒表征 樣品準(zhǔn)備》的規(guī)定進(jìn)行取樣。從批量產(chǎn)品中隨機(jī)采集具有代表性的陶瓷球樣品，取樣量應(yīng)足夠完成全部測(cè)試。

樣品挑選：用鑷子從篩分后的樣品中隨機(jī)選取30粒完整、表面無(wú)明顯缺陷的陶瓷球顆粒。

3.2 樣品測(cè)試步驟

開(kāi)機(jī)自檢：開(kāi)啟儀器電源，選擇顆粒類(lèi)型（陶瓷球?qū)儆诖嘈灶w粒），儀器自動(dòng)完成整機(jī)自檢。壓桿自動(dòng)升降歸零，自檢完成后，界面顯示“待檢測(cè)"。

模式選擇：選擇球形顆粒檢測(cè)界面，清空歷史測(cè)試數(shù)據(jù)。

樣品放置：用鑷子夾取1顆陶瓷球顆粒平穩(wěn)放置于樣品托盤(pán)中心區(qū)域，保證顆粒居中無(wú)傾斜。

啟動(dòng)測(cè)試：點(diǎn)擊“開(kāi)始"進(jìn)行測(cè)試。壓桿勻速向下運(yùn)動(dòng)，接觸樣品后實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前壓力值。

數(shù)據(jù)采集：儀器持續(xù)實(shí)時(shí)采集壓力數(shù)值，陶瓷球顆粒受壓破碎瞬間蜂鳴報(bào)警，設(shè)備自動(dòng)記錄破碎峰值壓力，壓桿自動(dòng)回升至初始位置，單次測(cè)試數(shù)據(jù)自動(dòng)存入系統(tǒng)。

清理托盤(pán)：?jiǎn)未螠y(cè)試完成后，用毛刷清掃托盤(pán)內(nèi)陶瓷碎屑，再進(jìn)行下一粒測(cè)試。

平行測(cè)試：每組連續(xù)有效測(cè)試15粒，中途若顆粒打滑、未破碎觸發(fā)超壓保護(hù)，點(diǎn)擊“停止"舍棄本次數(shù)據(jù)，重新檢測(cè)。

3.3 儀器操作說(shuō)明

顆粒類(lèi)型選擇：開(kāi)機(jī)主界面選擇“脆性顆粒"（陶瓷球?qū)儆诖嘈灶w粒）。

清零：如儀器不顯示“0"，點(diǎn)擊“清零"按鍵。

查看數(shù)據(jù)：點(diǎn)擊“查看"進(jìn)入查看界面，可存儲(chǔ)15次測(cè)試數(shù)據(jù)，保存平均值及變異系數(shù)。

打印：點(diǎn)擊“打印"打印本輪測(cè)試數(shù)據(jù)。

清空：點(diǎn)擊“清空"清空本輪測(cè)試數(shù)據(jù)粒。

圖2：樣品測(cè)試過(guò)程

4 結(jié)果與討論

4.1 結(jié)果統(tǒng)計(jì)

儀器自動(dòng)存儲(chǔ)15組單粒顆粒破碎壓力值，自動(dòng)計(jì)算：

單粒顆粒強(qiáng)度：破碎瞬間最大壓力，單位N；

批次平均顆粒強(qiáng)度：15組數(shù)據(jù)算術(shù)平均值，單位N；

變異系數(shù)Cv：反應(yīng)陶瓷球顆粒強(qiáng)度均勻性，用于評(píng)價(jià)生產(chǎn)工藝穩(wěn)定性。

無(wú)需額外換算公式，直接以?xún)x器輸出平均壓力作為最終檢測(cè)結(jié)果。

4.2 測(cè)試結(jié)果

圖3：顆粒強(qiáng)度測(cè)試數(shù)據(jù)圖

4.3 精密度

變異系數(shù)越小，說(shuō)明顆粒均勻性越好。顆粒的形狀、大小及制備工藝的一致性會(huì)影響顆粒的顆粒強(qiáng)度結(jié)果。

5 方案特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

5.1 HM-KD顆粒強(qiáng)度測(cè)定儀優(yōu)勢(shì)

全型號(hào)適用：KD1-KD3均可執(zhí)行本方案，操作方法一致。

操作簡(jiǎn)便：觸摸交互界面，參數(shù)一鍵設(shè)定，自動(dòng)計(jì)算并支持打印。

自動(dòng)化程度高：設(shè)有自動(dòng)超壓保護(hù)裝置，防止超大硬度顆粒損傷傳感器。

高分辨率：0.01N高分辨率，精準(zhǔn)區(qū)分不同材質(zhì)、不同燒結(jié)工藝陶瓷球的強(qiáng)度微小差異，便于工藝優(yōu)化。

5.2 方案適用性

樣品類(lèi)型：氧化鋁陶瓷球、氮化硅陶瓷球、陶瓷生坯球、陶瓷研磨球等各類(lèi)球形陶瓷制品。

檢測(cè)范圍：顆粒直徑0.2 ~ 25 mm、0.5 ~ 25 mm（根據(jù)儀器型號(hào)）。

高效穩(wěn)定：?jiǎn)蝹€(gè)樣品檢測(cè)時(shí)間短，重復(fù)性好，滿足批量檢測(cè)需求。

5.3 質(zhì)量控制要點(diǎn)

環(huán)境要求：工作環(huán)境溫度10 ~ 30℃，相對(duì)濕度≤ 70%的條件下使用。

樣品代表性：確保選取的顆粒具有代表性，能真實(shí)反映該批次樣品的整體質(zhì)量狀況。

篩分規(guī)范：根據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的粒度范圍進(jìn)行篩分，確保測(cè)試顆粒的粒徑符合要求。

操作規(guī)范：測(cè)試過(guò)程中應(yīng)保持儀器清潔干燥，檢測(cè)完成后使用毛刷清理碎屑。

定期校準(zhǔn)：定期使用砝碼校準(zhǔn)力值，保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度。

6 結(jié)論

本方案參考《GB/T 44750-2024 顆粒 抗壓強(qiáng)度的測(cè)量》、GB/T 42539-2023《滾動(dòng)軸承 軸承用陶瓷球 強(qiáng)度測(cè)定》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合HM-KD系列顆粒強(qiáng)度測(cè)定儀，提供了標(biāo)準(zhǔn)化的陶瓷球顆粒強(qiáng)度測(cè)定方法。該方法針對(duì)陶瓷球的脆性球形顆粒特性，采用脆性顆粒-球形顆粒檢測(cè)模式，操作簡(jiǎn)便、自動(dòng)化程度高、結(jié)果準(zhǔn)確可靠。本方法適用于成品陶瓷球、陶瓷生坯球及陶瓷研磨球等多種陶瓷球形制品的顆粒強(qiáng)度檢測(cè)，可有效評(píng)價(jià)陶瓷球顆粒在運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用過(guò)程中的抗破碎能力，適用于陶瓷材料生產(chǎn)企業(yè)質(zhì)量控制、軸承行業(yè)來(lái)料檢驗(yàn)、研磨介質(zhì)生產(chǎn)企業(yè)工藝控制及科研機(jī)構(gòu)材料研究等應(yīng)用場(chǎng)景。

7 參考文獻(xiàn)

[1] GB/T 44750-2024 顆粒 抗壓強(qiáng)度的測(cè)量[S].

[2] GB/T 42539-2023 滾動(dòng)軸承 軸承用陶瓷球 強(qiáng)度測(cè)定（缺口球試驗(yàn)）[S].

[3] GB/T 41948 顆粒表征 樣品準(zhǔn)備[S].

[4] GB/T 46778-2025 精細(xì)陶瓷 陶瓷造粒粉壓縮強(qiáng)度試驗(yàn)方法[S].

[5] GB/T 4740-2024 陶瓷材料強(qiáng)度試驗(yàn)方法[S].

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